DE3878480T2 - LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE. - Google Patents
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Description
Diese Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigeanordnung mit einem Paar im Abstand voneinander liegender Trägerplatten, mit Flüssigkristallmaterial zwischen den Platten, mit einer Anzahl von Bildelementen in einem Matrixfeld, die durch je einander gegenüberliegende Elektroden auf den Trägerplatten definiert werden, und mit einer Anzahl von Schaltelementen auf einer der Trägerplatten und in Reihenschaltung zwischen Adreßleitungen auf dieser Platte und den Bildelementen.This invention relates to a liquid crystal display device comprising a pair of spaced apart carrier plates, with liquid crystal material between the plates, with a number of picture elements in a matrix field defined by respective opposing electrodes on the carrier plates, and with a number of switching elements on one of the carrier plates and in series between address lines on this plate and the picture elements.
Eine Flüssigkristall-Anzeigeanordnung dieser Art eignet sich zum Anzeigen alphanumerischer oder Videoinformation.A liquid crystal display device of this type is suitable for displaying alphanumeric or video information.
In einer bekannten Form einer derartigen Anzeigeanordnung werden Dünnfilmtransistoren (TFTs) als Schaltelemente verwendet und sie befinden sich dabei neben jeweiliger Bildelementelektroden an der Schnittstelle von Gruppen von Spaltenund Zeilen-Adreßleitungen auf der einen Trägerplatte.In one known form of such a display arrangement, thin film transistors (TFTs) are used as switching elements and are located next to respective picture element electrodes at the interface of groups of column and row address lines on one carrier plate.
In einer anderen Form einer derartigen Anzeigeanordnung wird eine vereinfachte Struktur bei Verwendung von nicht linearen Zweipolelementen als Schaltelementen erhalten. Diese Elemente können die Form von Diodenstrukturen haben, beispielsweise nach der Beschreibung in der US-Patentschrift 4 223 308, oder nach der Beschreibung in der britischen Patentschrift 2 091 468, in der die Diodenstrukturen eine Metall-Isolator-Metall-Schichtfolge besitzen. In diesen Vorrichtungen sind die Bildelemente in Zellen und Spalten angeordnet, wobei eine der Trägerplatten Zeilen von Adreßleitungen und die andere Platte Spalten von Adreßleitungen trägen, wobei jedes Bildelement mit einem Zweipol-Schaltelement zwischen einzelnen Zeilen- und Spalten-Adreßleitungen verbunden ist.In another form of such a display device, a simplified structure is obtained using non-linear two-terminal elements as switching elements. These elements can be in the form of diode structures, for example as described in US Patent Specification 4,223,308, or as described in British Patent Specification 2,091,468, in which the diode structures have a metal-insulator-metal layer sequence. In these devices, the picture elements are arranged in cells and columns, with one of the carrier plates carrying rows of address lines and the other plate carrying columns of address lines, each picture element being connected to a two-terminal switching element between individual row and column address lines.
In diesen bekannten Formen von Flüssigkristall-Anzeigeanordnungen sind die Schaltelemente und die zugeordneten Adreßleitungen üblicherweise, seitlich ihrer zugeordneten Bildelementelektroden auf der einen Trägerplatte angeordnet und mit den Bildelementelektroden mittels integral mit den Elektroden geformter Verlängerung verbunden. Dementsprechend wird mit Rücksicht auf das verfügbare Gebiet der Anzeigeanordnung ein bestimmter Teil des verfügbaren Gebiets den Schaltelementen und den zugeordneten Adreßleitungen zugeordnet, und die Bildelementelektroden werden zum restlichen verfügbaren Gebiet beschränkt. Um dazu das Anteil des von den eigentlichen Bildelementen belegten verfügbaren Gebiets auf Maximal einzustellen, war es erforderlich, die physikalische Abmessung der Schaltelemente und der zugeordneten Adreßleitungen auf einem Mindestmaß zu halten.In these known forms of liquid crystal display devices, the switching elements and the associated address lines are usually arranged sideways to their associated picture element electrodes on one carrier plate and are connected to the picture element electrodes by means of extensions formed integrally with the electrodes. Accordingly, with regard to the available area of the display device, a certain part of the available area is allocated to the switching elements and the associated address lines, and the pixel electrodes are restricted to the remaining available area. In order to maximize the proportion of the available area occupied by the actual pixels, it was necessary to keep the physical dimensions of the switching elements and the associated address lines to a minimum.
Eine Form einer matrixförmigen Flüssigkristall-Anzeigeanordnung wurde in EP-A-0182484 vorgeschlagen, in der die Bildelementelektroden ihre zugeordneten Adreßleitungen auf einer Trägerplatte überliegen und eine durchgehende Schicht nicht linearen Materials zwischengelegt wird, so daß sich jedes Schaltelement unter seiner zugeordneten Elementelektrode befindet. EP-A-0011408 und EP-A-0184341 geben auf gleiche Weise eine Beschreibung von Anzeigeanordnungsstrukturen, in denen Adreßleitungen sich unterhalb der Bildelementelektroden auf einer Trägerplatte erstrecken, wobei ein Zweipolschaltelement sich zwischen jeder Bildelementelektrode und seiner unterliegenden Adreßleitung befindet, beziehen sich jedoch nur auf Anzeigeanordnungen, die nur in der Reflexionsbetriebsart betreibbar sind.One form of matrix liquid crystal display device has been proposed in EP-A-0182484 in which the picture element electrodes overlie their associated address lines on a support plate and a continuous layer of non-linear material is interposed so that each switching element is located below its associated element electrode. EP-A-0011408 and EP-A-0184341 similarly describe display device structures in which address lines extend below the picture element electrodes on a support plate with a two-terminal switching element located between each picture element electrode and its underlying address line, but relate only to display devices operable only in the reflective mode.
Man hatte längs erkannt, daß die Art der aktiven Matrixadreß- Anzeigeanordnungen mit ausreichender Zuverlässigkeit in großen Gebieten schwer herstellbar waren, und Probleme mit der Ausbeute waren allgemein. Versagen der einzelnen Schaltelemente verursacht Bildelementfehler und kann dazu führen, daß ganze Zeilen oder Spalten von Bildelementen defekt werden, und also die Vorrichtung unbrauchbar wird. In einem Versuch zur Beseitigung dieses Problems in TFT- Anzeigeanordnungen wurde vorgeschlagen, jedem Bildelement mehr als einen Dünnschicht-Transistor für Redundanzzwecke zuzuordnen. Jedoch erhöht das Anbringen zusätzlicher Schaltelemente das Verhältnis zwischen nicht wirksamen Anzeigeproduktionsgebieten und wirksamem Anzeigeproduktionsgebiet.It had long been recognized that the type of active matrix address display devices were difficult to manufacture with sufficient reliability over large areas, and yield problems were common. Failure of individual switching elements causes pixel failures and can result in entire rows or columns of pixels becoming defective, thus rendering the device unusable. In an attempt to overcome this problem in TFT display devices, it has been proposed to allocate more than one thin film transistor to each pixel for redundancy purposes. However, adding additional switching elements increases the ratio of non-effective display production areas to effective display production area.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine aktive matrixadressierte Flüssigkristall-Anzeigeanordnung zu schaffen, in der das Verhältnis zwischen nicht wirksamen und wirksamen Anzeigeproduktionsgebieten auf Minimum eingestellt werden kann.The invention is based on the object of creating an active matrix-addressed liquid crystal display device in which the ratio between ineffective and effective display production areas can be set to a minimum.
Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine aktive matrixadressierte Flüssigkristall-Anzeigeanordnung zu schaffen, deren Fehlertoleranzgrad derart bemessen ist, daß sie von den Auswirkungen der Adressierelementfehler weniger nachteilig beeinflußt wird.It is a further object of the invention to provide an active matrix-addressed liquid crystal display device whose degree of fault tolerance is such that it is less adversely affected by the effects of addressing element errors.
Der Erfindung liegt weiter noch die Aufgabe zugrunde, eine aktive matrixadressierte Flüssigkristall-Anzeigeanordnung zu schaffen, die sich für vergleichsweise einfache Herstellungsverfahren eignet und wirtschaftlich herstellbar ist.The invention is further based on the object of creating an active matrix-addressed liquid crystal display arrangement which is suitable for comparatively simple manufacturing processes and can be manufactured economically.
Erfindungsgemäß ist eine Flüssigkristall-Anzeigeanordnung mit einem Paar im Abstand voneinander liegender Trägerplatten, mit einem Flüssigkristallmaterial zwischen den Platten, einer Anzahl von Bildelementen in einer Matrixstruktur, die durch je einander gegenüberliegende Elektroden auf den Trägerplatten definiert sind, und mit einer Anzahl von Schaltelementen auf einer der Trägerplatten und in Reihenschaltung zwischen Adreßleitungen auf dieser Platte und den Bildelementen vorgesehen, in der die Bildelementelektroden auf der einen Trägerplatte sowohl die Schaltelemente als auch die zugeordneten Adreßleitungen auf dieser einen Trägerplatte überliegen, wobei die Schaltelemente zwischen diesen Bildelementelektroden und Adreßleitungen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Bildelementelektroden auf der einen Trägerplatte eine Anzahl diskreter Unterelektroden enthält, die je wenigstens einem Schaltelement zugeordnet sind, wobei die einer Bildelementelektrode zugeordneten Schaltelemente parallel zueinander mit der entsprechenden Adreßleitung verbunden sind.According to the invention, a liquid crystal display device is provided with a pair of spaced-apart carrier plates, with a liquid crystal material between the plates, a number of picture elements in a matrix structure which are defined by mutually opposite electrodes on the carrier plates, and with a number of switching elements on one of the carrier plates and in series between address lines on this plate and the picture elements, in which the picture element electrodes on one carrier plate overlie both the switching elements and the associated address lines on this one carrier plate, the switching elements being arranged between these picture element electrodes and address lines, characterized in that each of the picture element electrodes on the one carrier plate contains a number of discrete sub-electrodes, each of which is associated with at least one switching element, the switching elements associated with a picture element electrode being connected in parallel to one another to the corresponding address line.
Neben der Vermeidung der Notwendigkeit zum Belegen von Gebieten auf der einen Trägerplatte zum Anbringen der seitlich angeordneten Schaltelemente und Adreßleitungen durch die Verwendung einer vertikalen Struktur und auf diese Weise das Bewirken eines wirksameren Gebrauchs des Trägerplattengebiets für Anzeigeproduktionszwecke ergibt die Teilung jeder Bildelementelektrode in Unterelektroden, die je wenigstens einem Schaltelement zugeordnet sind, eine besonders vorteilhafte Fehlertoleranz.In addition to avoiding the need to occupy areas on one carrier plate for mounting the laterally arranged switching elements and address lines by using a vertical structure and thus bringing about a more efficient use of the carrier plate area for display production purposes, the division of each picture element electrode into sub-electrodes, each of which is associated with at least one switching element, results in a particularly advantageous fault tolerance.
Jedes Bildelement wird faktisch in eine Anzahl von Unterelementen verteilt, die je einzeln über eines oder mehrere seiner zugeordneten Schaltelemente steuerbar ist. Also wenn ein Anzeigesignal an die Bildelemente gelangt, werden die einzelnen Bildunterelemente jedes der Bildelemente unabhängig voneinander über ihre jeweiligen Schaltelemente zum Erzeugen eines Anzeigecffekts aus dem Bildelement geschaltet. Ein akzeptabler Anzeigeeffekt kann noch erhalten werden, sogar wenn eines oder mehrere der Bildunterelemente abhängig von der Anzahl der Bildunterelemente und ihrer Abmessung in bezug auf das Bildelement selbst nicht betriebsbereit ist. Obgleich der von einem Bildelement mit einigen fehlerhaften Bildunterelementen erzeugte Anzeigeeffekt in gewissem Ausmaß unausweichlich beeinflußt wird, ist dies von einem Betrachter nicht sichtbar, wenn er eine Vorrichtung mit einer Vielzahl von Bildelementen, typisch hunderttausende, betrachtet, die je ein Gebiet von nur, sagen wir, 300 zu 300 um belegen. Die Anordnung kann daher noch mit zufriedenstellenden Ergebnissen mit einer Anzahl auf diese Weise beeinflußter Bildelemente verwendet werden, im Gegensatz zu bekannten Anordnungen, die ein einziges Schaltelement für jedes ganze Bildelement benutzen, und bei dem ein Versagen eines Schaltelements das vollständige Versagen wenigstens des zugeordneten Bildelements ergibt, und vielleicht die Anordnung unbrauchbar macht.Each picture element is in fact divided into a number of sub-elements, each of which is individually controllable via one or more of its associated switching elements. Thus, when a display signal is applied to the picture elements, the individual picture sub-elements of each of the picture elements are switched independently of one another via their respective switching elements to produce a display effect from the picture element. An acceptable display effect can still be obtained even if one or more of the picture sub-elements is not operational, depending on the number of picture sub-elements and their dimensions with respect to the picture element itself. Although the display signal produced by a picture element with some defective picture sub-elements display effect is inevitably affected to some extent, this is not apparent to an observer looking at a device having a large number of picture elements, typically hundreds of thousands, each occupying an area of only, say, 300 by 300 µm. The device can therefore still be used with satisfactory results with a number of picture elements affected in this way, unlike known devices which use a single switching element for each entire picture element, and in which failure of one switching element results in complete failure of at least the associated picture element, and perhaps renders the device unusable.
Da eine vertikale Struktur verwendet wird, kann jede der Adreßleitungen auf der einen Trägerplatte eine Breite bis zur Breite des Bildelements besitzen. In der Praxis kann die Querabmessung der Adreßleitungen daher im wesenffichen gleich die des Bildelements mit der Querabmessung der Adreßleitungen sein, die zum Bestimmen der entsprechenden Abmessung der Bildelemente dienen.Since a vertical structure is used, each of the address lines on one of the carrier plates can have a width up to the width of the picture element. In practice, the transverse dimension of the address lines can therefore be substantially equal to that of the picture element and the transverse dimension of the address lines used to determine the corresponding dimension of the picture elements.
Die Anzeigeanordnung kann zum Betrieb in der Reflexionsbetriebsart ausgelegt werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird jedoch die Vorrichtung zum Betrieb in der Transmissionsbetriebsart ausgelegt. In diesem Fall, und damit die Adreßleitungen auf der einen Trägerplatte den Durchgang des Lichts durch die Bildelemente nicht wesentlich daran hindern, sind diese Adreßleitungen im wesentlichen transparent gemacht, beispielsweise mit Indiumzinnoxid (ITO).The display device can be designed to operate in the reflection mode. However, in a preferred embodiment, the device is designed to operate in the transmission mode. In this case, and so that the address lines on one carrier plate do not substantially prevent the passage of light through the picture elements, these address lines are made substantially transparent, for example with indium tin oxide (ITO).
Der Einfachheit und der Hantierbarkeit halber sind die Schaltelemente vorzugsweise nicht lineare Zweipol-Zweirichtungs-Vorrichtungen, wie z.B. Diodenstrukturen. Mit Rücksicht darauf, daß derartige Diodenstrukturen, beispielsweise Metall-Isolator-Metall-Schichten, in bezug auf das Bildelement gut mit eine sehr kleine Abmessung gebildet werden können, braucht ihre Anwesenheit unter den von den Unterelektroden bestimmten Bildunterelementen den Lichtdurchgang durch die Anzeigeanordnung beim Betrieb in der Transmissionsbetriebsart nicht wesentlich zu beinflussen. Zur Vermeidung der Möglichkeit der Lichtübertragungserschwerung und zum Erhalten optimaler Transmissionseigenschaften können die Schaltelemente derart ausgebildet werden, daß sie wesentliche Transparenz für Licht aufweisen. Beispielsweise können die Elemente eine wesentlich transparente MIM-Typ- Diodenstruktur mit einem Dünnfilm aus Siliziumnitrid in Sandwichlage zwischen zwei ITO-Schichten enthalten. Es ist dabei nicht notwendig, die physikalischen Abmessungen der Schaltelemente zum Minimisieren des von ihnen belegten Gebiets zu beschränken. Die Anzahl transparenter Schaltelemente, die für jedes Bildunterelement vorgesehen werden kann, wird nicht aus Lichttransmissionserwägungen beschränkt, sondern nur durch die relativen physikalischen Abmessungen der Schaltelemente und der Bildunterelemente.For simplicity and ease of handling, the switching elements are preferably non-linear two-pole, bidirectional devices such as diode structures. Considering that such diode structures, for example metal-insulator-metal layers, can be formed with a very small dimension relative to the picture element, their presence under the picture subelements defined by the subelectrodes need not significantly affect the passage of light through the display device when operating in the transmission mode. To avoid the possibility of light transmission obstruction and to obtain optimum transmission properties, the switching elements can be formed so that they have substantial transparency to light. For example, the elements can comprise a substantially transparent MIM-type diode structure with a thin film of silicon nitride sandwiched between two ITO layers. It is not necessary to change the physical dimensions of the switching elements to minimize the area they occupy. The number of transparent switching elements that can be provided for each image sub-element is not limited by light transmission considerations, but only by the relative physical dimensions of the switching elements and the image sub-elements.
Wie in herkömmlichen Matrix-Flüssigkristall-Anzeigeanordnungen sind die Bildelementelektroden auf der einen Trägerplatte vorzugsweise im allgemeinen planar und erstrecken sich in einer Ebene im wesentlichen parallel zur zugewandten Fläche der Trägerplatte, und daher kann in diesem Fall die Anzahl jedem Bildelement zugeordneter Schaltelemente auf geeignete Weise im wesentlichen in einem planaren Gebiet unterhalb der Bildelementelektrode angeordnet werden. Das Feld der jedem Bildelement zugeordneten Schaltelemente kann ein Gebiet entsprechend wenigstens einem Hauptteil des Gebiets der Bildelementelektrode belegen, und vorzugsweise sieht das Feld derart aus, daß die Schaltelemente des Feldes in bezug auf das Gebiet der Bildelementelektroden im wesenflichen einheitlich und im Abstand voneinander angeordnet sind. Mit anderen Worten die Anzahl der Schaltelemente für jedes Bildelement kann zum Belegen einzelner und in regelmäßigem Abstand voneinander liegender diskreter Bereiche in einem Gebiet unterhalb der Bildelementelektrode im wesentlichen entsprechend dem Gebiet des Bildelements ausgestreut werden.As in conventional matrix liquid crystal display devices, the picture element electrodes on the one support plate are preferably generally planar and extend in a plane substantially parallel to the facing surface of the support plate and therefore in this case the number of switching elements associated with each picture element can be suitably arranged substantially in a planar region beneath the picture element electrode. The array of switching elements associated with each picture element can occupy an area corresponding to at least a major part of the area of the picture element electrode and preferably the array is such that the switching elements of the array are arranged substantially uniformly and spaced apart with respect to the area of the picture element electrodes. In other words the number of switching elements for each picture element can be scattered to occupy individual and regularly spaced apart discrete areas in an area beneath the picture element electrode substantially corresponding to the area of the picture element.
Die Verwendung von Diodenstrukturen als Zweipol- Zweirichtungsschaltelemente ist insbesondere vorteilhaft und bietet noch weitere Vorteile. Zusätzlich zu den MIM-Typ-Diodenstrukturen dieser Art mit Siliziumnitrid, beispielsweise in Form nicht stöchiometrischen Siliziumnitrids, als die Isolatorkomponente in Sandwichstruktur zwischen ITO-Schichten, kann statt Siliziumnitrid auch Siliziumoxid verwendet werden. Eine weitere Form des verwendbaren MIM-Typ-Elements, kann einen anodisierten Tantalfilm mit einer überliegenden Leitschicht benutzen, die nicht notwendigerweise transparent zu sein braucht. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann eine abgelagerte Leitschicht, beispielsweise aus ITO, und in der Funktion einer der Endschichten der Diodenstruktur ebenfalls als Bildelementelektrode dienen. Also wird die Bildelementelektrode integral mit einem der leitenden Endteilen der Diodenstruktur als unitäre Schicht ausgebildet. Die andere leitende Endkomponente der Diodenstruktur kann auf geeignete Weise durch einen jeweiligen Teil der zugeordneten Adreßleitung auf der einen Trägerplatte gebildet werden, wobei die erstgenannte leitende Endschicht durch die Schicht des Isolators vertikal zur Trägerplatte im Abstand von dieser Adreßleitung angeordnet ist.The use of diode structures as two-pole bidirectional switching elements is particularly advantageous and offers further advantages. In addition to MIM-type diode structures of this type with silicon nitride, for example in the form of non-stoichiometric silicon nitride, as the insulator component sandwiched between ITO layers, silicon oxide may also be used instead of silicon nitride. Another form of MIM-type element that can be used may use an anodized tantalum film with an overlying conductive layer, which does not necessarily have to be transparent. In one embodiment of the invention, a deposited conductive layer, for example of ITO, and in the function of one of the end layers of the diode structure may also serve as the picture element electrode. Thus, the picture element electrode is formed integrally with one of the conductive end parts of the diode structure as a unitary layer. The other conductive end component of the diode structure may suitably be formed by a respective part of the associated address line on one carrier plate. wherein the first-mentioned conductive end layer is arranged through the layer of insulator vertically to the carrier plate at a distance from this address line.
In einem anderen Ausführungsbeispiel, in dem auf gleiche Weise Zweipolschaltelemente verwendet werden, ist der von der einen Trägerplatte abgewandte Pol der Elemente durch Isoliermaterial im Abstand von seiner zugeordneten Bildelement-Unterelektrode angeordnet, welches Isoliermaterial zum Beispiel Siliziumnitrid zur Bildung einer kapazitiven Kopplung ist. Wie zuvor wird der andere Pol des Schaltelements durch einen jeweiligen Teil der Adreßleitung auf der einen Trägerplatte gebildet. Die erstgenannten Pole des Schaltelements können durch Leitmaterialkörner, beispielsweise in einem Isolatormatrixmaterial verteiltes ITO, gebildet werden, die durch einen dünnen Isolatorfilm im Abstand von den anderen Leitpolen der Elemente angeordnet sind und so eine Metail-Isolator-Metall-Schichtfolge bilden. Diese Verteilung kann eine Zufallsverteilung sein, jedoch mit ausreichender Dichte zur Gewährleistung, daß jede Bildelement-Unterelektrode durch kapazitive Kopplung wenigstens einem auf diese Weise gebildeten Schaltelement und vorzugsweise einer Anzahl von Schaltelementen zugeordnet ist. Diese Art der Elementbildung umgeht die Verwendung herkömmlicher photolithographischer Verfahren und kann mit einfacheren Techniken ausgeführt werden, beispielsweise durch die Verwendung von gepulvertem ITO und durch Ausstreuen der ITO-Körner über die dünne Isolatorschicht, die auf den Adreßleitungen auf der einen Trägerplatte aufliegt.In another embodiment in which two-pole switching elements are used in the same way, the pole of the elements facing away from one of the carrier plates is arranged at a distance from its associated picture element sub-electrode by insulating material, which insulating material is for example silicon nitride to form a capacitive coupling. As before, the other pole of the switching element is formed by a respective part of the address line on the one carrier plate. The first-mentioned poles of the switching element can be formed by conductive material grains, for example ITO distributed in an insulator matrix material, which are arranged at a distance from the other conductive poles of the elements by a thin insulating film and thus form a metal-insulator-metal layer sequence. This distribution can be a random distribution, but with sufficient density to ensure that each picture element sub-electrode is assigned by capacitive coupling to at least one switching element formed in this way and preferably to a number of switching elements. This type of device formation avoids the use of conventional photolithographic processes and can be carried out using simpler techniques, for example by using powdered ITO and by scattering the ITO grains over the thin insulator layer that lies on the address lines on one carrier plate.
In einer Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels sind die im Abstand von der einen Trägerplatte liegenden Pole der Schaltelemente als diskrete Punkte aus Leitmaterial beispielsweise ITO gebildet, die über eine Maske abgelagert wurden, so daß die Positionierung und der räumliche Abstand zwischen den auf diese Weise gebildeten Schaltelementen statt einer Zufallsverteilung weitgehend eine vorgegebene Verteilung sind. Diese Ablagerung kann Verdampfung des Leitmaterials durch eine geeignete gelochte Maske umfassen. Neben der Vermeidung der Notwendigkeit eines photolithographischen Verfahrens bietet diese Technik die weiteren Vorteile, daß sie verhältnismäßig preisgünstig ist, und im Vergleich zur vorgenannten Zufallsverteilungstechnik ist die Anzahl der Diodenstrukturen für jedes Bildelement und genauer die Anzahl der Diodenstrukturen, ob es nur eine oder mehrere Diodenstrukturen sind und jeder Bildelement-Unterelektrode zugeordnet, steuerbar.In a variation of this embodiment, the poles of the switching elements located at a distance from one of the carrier plates are formed as discrete points of conductive material, for example ITO, which have been deposited over a mask, so that the positioning and spatial distance between the switching elements formed in this way are largely a predetermined distribution rather than a random distribution. This deposition can involve evaporation of the conductive material through a suitable perforated mask. In addition to avoiding the need for a photolithographic process, this technique offers the further advantages that it is relatively inexpensive and, compared to the aforementioned random distribution technique, the number of diode structures for each pixel and, more precisely, the number of diode structures, whether there is only one or several diode structures and assigned to each pixel sub-electrode, is controllable.
In jedem der vorgenannten Ausführungsbeispiele oder Abwandlungen kann die Anzeigeanordnung den Bildelementen zugeordnete Speicherkondensatoren enthalten. Jedes Bild-Unterelement ist vorzugsweise dabei einem jeweiligen Speicherkondensator zugeordnet. Diese Speicherkondensatoren können teilweise von wenigstens einer Leitschicht auf der einen Trägerplatte gebildet werden, die den Bildelement-Unterelektroden auf der einen Trägerplatte unterliegt und elektrisch davon isoliert ist. Neben der teilweise Bildung der Speicherkondensatoren hat die eine oder haben mehrere Leitschichten eine weitere und vorteilhafte Funktion darin, daß sie zwischen den Bildelement-Unterelektroden von den unterliegenden Adreßleitungen angeordnet ist bzw. sind und zum Abschirmen der Unterelektroden von ihren unterliegenden Adreßleitungen dient bzw. dienen. Durch dieses Abschirmen wird jede Kapazität zwischen einem Bildelement und seiner Adreßleitung minimisiert.In any of the above embodiments or modifications the display arrangement may include storage capacitors associated with the picture elements. Each picture sub-element is preferably associated with a respective storage capacitor. These storage capacitors may be partially formed by at least one conductive layer on the one carrier plate, which underlies the picture element sub-electrodes on the one carrier plate and is electrically insulated therefrom. In addition to partially forming the storage capacitors, the one or more conductive layers have a further and advantageous function in that they are arranged between the picture element sub-electrodes from the underlying address lines and serve to shield the sub-electrodes from their underlying address lines. This shielding minimizes any capacitance between a picture element and its address line.
Mehrere Ausführungsbeispiele von Flüssigkristall-Anzeigeanordnungen nach der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigenSeveral embodiments of liquid crystal display devices according to the invention are explained in more detail below with reference to the drawing. They show
Fig. 1 in flacher schematischer Form einen Teil einer aktiven Matrix- Flüssigkristall-Anzeigeanordnung nach der Erfindung mit einem Matrixfeld von Bildelementen, die durch nicht lineare Zweipolschaltanordnungen gesteuert werden,Fig. 1 shows in flat schematic form a part of an active matrix liquid crystal display device according to the invention with a matrix field of picture elements controlled by non-linear two-terminal switching arrangements,
Fig. 2 einen nicht maßstabgerechten schematischen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Anzeigeanordnung nach der Erfindung,Fig. 2 is a schematic cross-section, not to scale, through an embodiment of the display arrangement according to the invention,
Fig. 3 einen ausgebrochenen schematischen Grundriß eines Teils der Anzeigeanordnung nach Fig. 2,Fig. 3 is a broken-away schematic plan view of part of the display arrangement according to Fig. 2,
Fig. 4 schematisch die wirksame elektrische Schaltung eines typischen Bildelements der Bildelemente der Anordnung nach Fig. 2,Fig. 4 shows schematically the effective electrical circuit of a typical picture element of the picture elements of the arrangement according to Fig. 2,
Fig. 5 einen nicht maßstabgerechten schematischen Querschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anzeigeanordnung,Fig. 5 is a schematic cross-section (not to scale) through another embodiment of a display arrangement according to the invention,
Fig. 6 einen nicht maßstabgerechten schematischen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anzeigeanordnung,Fig. 6 is a schematic cross-section, not to scale, through a further embodiment of a display arrangement according to the invention,
Fig. 7 eine schematische Darstellung der wirksamen elektrischen Schaltung eines typischen Bildelements der Bildelemente der Anordnungen nach Fig. 5 und 6,Fig. 7 is a schematic representation of the effective electrical circuit of a typical pixel of the pixels of the arrangements according to Figs. 5 and 6,
Fig. 8 und 10 Abwandlungen der Anzeigeanordnungen nach Fig. 2 bzw. 5, wiederum nicht maßstabgerecht, in denen Speicherkondensatoren für die Bildelemente vorgesehen sind,Fig. 8 and 10 modifications of the display arrangements according to Fig. 2 and 5, respectively, again not to scale, in which storage capacitors are provided for the picture elements,
Fig. 9 und 11 schematische wirksame Schaltungsdarstellungen typischer Beispiele der Bildelemente der Anordnungen nach Fig. 8 bzw. 10, die in bezug auf die Schaltungen in Fig. 4 bzw. 7 gleichartig sind, undFig. 9 and 11 are schematic operative circuit diagrams of typical examples of the picture elements of the arrangements according to Fig. 8 and 10 respectively, which are similar with respect to the circuits in Fig. 4 and 7 respectively, and
Fig. 12 einen nicht maßstabgerechten schematischen Querschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße Anzeigeanordnung ebenfalls mit Speicherkondensatoren für die Bildelemente, und in der die wirksame Schaltung eines typischen Bildelements im allgemeinen gleich dem nach Fig. 11 ist.Fig. 12 is a schematic cross-section, not to scale, through another display arrangement according to the invention, also with storage capacitors for the picture elements, and in which the effective circuit of a typical picture element is generally the same as that according to Fig. 11.
Was für alle verschiedenen Ausführungsbeispiele und Abwandlungen nach der Beschreibung weiter unten gilt, ist in Fig. 1 ein Teil einer aktiven Matrix- Flüssigkristall-Anzeigeanordnung mit einer Vielzahl von Bildelementen 10 in einem Matrixfeld von Zeilen und Spalten dargestellt und sie enthält im Abstand voneinander angeordnete Elektroden mit zwischenliegendem Flüssigkristallmaterial. In Fig. 1 sind nur sechs Bildelemente veranschaulicht. Die Bildelemente 10 werden über zwei Gruppen von Adreßleitungen in Form von Leitern 12 und 14 auf den einander zugewandten Oberflächen der zwei Glasträgerplatten (nicht dargestellt in Fig. 1) adressiert, auf denen sich auch die Bildelementelektroden befinden. Die Leiter jeder Gruppe sind parallel zueinander angeordnet und die beiden Gruppen erstrecken sich senkrecht aufeinander in ihren im Abstand voneinanderliegenden Ebenen und bestimmen an ihren Schneidpunkten die Bildelementbereiche.As is true for all the various embodiments and modifications described below, Fig. 1 shows part of an active matrix liquid crystal display device having a plurality of picture elements 10 in a matrix array of rows and columns and containing spaced apart electrodes with liquid crystal material between them. Only six picture elements are shown in Fig. 1. The picture elements 10 are addressed via two groups of address lines in the form of conductors 12 and 14 on the facing surfaces of the two glass support plates (not shown in Fig. 1) on which the picture element electrodes are also located. The conductors of each group are arranged parallel to each other and the two groups extend perpendicular to each other in their spaced apart planes and define the picture element areas at their intersection points.
Die Zeilenleiter 12 dienen als Abtastelektroden und werden durch eine nicht dargestellte Treiberschaltung getrieben, die der Reihe nach sequentiell ein Abtastsignal an jede Zeilenelektrode 12 legt. Synchron mit diesen Abtastsignalen gelangen Datensignale an die Spalten der Leiter 14 zum Erzeugen der erforderlichen Anzeige aus den Bildelementzeilen, die beim Abtasten den Zeilenleitern 12 zugeordnet sind. Bei einer Video- oder Fernseh-Anzeigeanordnung enthalten diese Datensignale Videoinformationssignale. Durch geeignete Wahl des genügend großen Unterschieds zwischen den Abtast- und Datensignalen kann der optische Reintransmissionsgrad eines gewählten Bildelements bei der Schnittstelle eines Zeilenleiters 12 und eines Spaltenleiters 14 zum Erzeugen eines sichtbaren Anzeigeeffekts geändert werden. Die Bildelemente werden nur zum Erzeugen eines Anzeigeeffekts in Beantwortung sowohl des Abtastsignals als auch des Datensignals aktiviert, die dabei durch die Schaltelemente 16 in Form nicht linearer Elemente in Reihenschaltung zwischen jedem Bildelement 10 und seinem Zeilenleiter 12 angelegt werden. Das einem Zeilenleiter 12 zugeführte Abtastsignal bewirkt den leitenden Zustand der den Bildelementen dieser Zeile zugeordneten Schaltelemente und das Weiterleiten des Abtastsignals zum Bildelement. In Zusammenarbeit mit den Datensignal erzeugt das Abtastsignal den gewünschten optischen Effekt aus dem Bildelement. Das Datensignal selbst ist zum Auslösen eines derartigen Effekts ungenügend. Die einzelnen Anzeigeeffekte der Vielzähl von Bildelementen, die jeweils zeilenweise adressiert sind, werden zum Aufbauen einer vollständigen Anzeige kombiniert. Bei Ausnutzung der Transmissions/Spannungskennzeichen eines Flüssigkristallbildelements können Grauskalenpegel bewerkstelligt werden.The row conductors 12 serve as scanning electrodes and are driven by a driver circuit (not shown) which applies a scanning signal to each row electrode 12 in sequence. In synchronism with these scanning signals, data signals are applied to the columns of conductors 14 to produce the required display from the rows of picture elements associated with the row conductors 12 when scanned. In a video or television display arrangement, these data signals comprise video information signals. By suitably selecting a sufficiently large difference between the scanning and data signals, the optical transmittance of a selected picture element at the interface of a row conductor 12 and a column conductor 14 can be varied to produce a visible display effect. The picture elements are activated only to produce a display effect in response to both the scanning signal and the data signal applied by the switching elements 16 in the form of non-linear elements in series between each picture element 10 and its row conductor 12. The signal applied to a row conductor 12 The scanning signal causes the switching elements associated with the pixels of this line to conduct and the scanning signal to be passed on to the pixel. In conjunction with the data signal, the scanning signal produces the desired optical effect from the pixel. The data signal itself is insufficient to trigger such an effect. The individual display effects of the large number of pixels, each addressed line by line, are combined to build up a complete display. By utilizing the transmission/voltage characteristics of a liquid crystal pixel, grayscale levels can be achieved.
Die Spannungs/Leitcharakteristik des Schaltelements ist im Idealfall bidirektionell und symmetrisch in bezug auf die Nullspannung, so daß eine netto Vorgleichspannung über die Bildelemente und demzufolge elektrochemische Herabsetzung des Flüssigkristallmaterials vermieden wird. Jedoch ist eine Spannungs/Leitcharakteristik nahe beim Idealfall akzeptabel. Der Einfachheit halber wird die Polarität der Antriebsspannungen, d.h. der Abtast- und Datensignale, nach jedem vollständigen Feld umgekehrt.The voltage/conductance characteristic of the switching element is ideally bidirectional and symmetrical with respect to zero voltage, so that a net DC bias across the picture elements and consequent electrochemical degradation of the liquid crystal material is avoided. However, a voltage/conductance characteristic close to the ideal case is acceptable. For simplicity, the polarity of the drive voltages, i.e. the scan and data signals, is reversed after each complete field.
Aktive Matrix-Flüssigkristall-Anzeigeanordnungen mit nicht linearen Zweipolschaltelementen in Reihenschaltung mit den Bildelementen und in seitlichem Abstand dazu sind allgemein bekannt. Die Hauptelemente und der allgemeine Betrieb der Anzeigeanordnung nach Fig. 1 ist in bestimmten Hinsichten gleich denen dieser bekannten Anordnungen und dementsprechend ist obige Beschreibung anhand der Fig. 1 vorsätzlich kurzgefaßt. Für weitere Information über diese Eigenschaften sei daher auf frühere Veröffentlichungen hingewiesen, die diese im allgemeinen gleichartige Typen von Anzeigeanordnungen beschreiben, wie z.B. US-Patentschrift 4 223 308 und die britische Patentschrift 2 147 135, die beide die Verwendung von Dioden als Schaltelemente beschreiben, und die britische Patentschrift 2 091 468, die die Verwendung von Metall-Isolator-Metall-Schichtfolgen als Schaltelemente beschreiben, von denen Teile der Beschreibungen als Bestandteil dieser Beschreibung angesehen werden können. Weitere Formen nicht linearer Schaltelemente sind in dieser Erfindung verwendbar, beispielsweise p&spplus;-i-p&spplus; -, n&spplus;-p-n&spplus;-Diodenstrukturen.Active matrix liquid crystal display devices having non-linear two-terminal switching elements in series with and laterally spaced from the picture elements are well known. The main elements and general operation of the display device of Figure 1 are in certain respects similar to those of these known devices and accordingly the above description with reference to Figure 1 is intentionally brief. For further information on these features, reference is therefore made to earlier publications describing these generally similar types of display devices, such as US Patent Specification 4,223,308 and British Patent Specification 2,147,135, both of which describe the use of diodes as switching elements, and British Patent Specification 2,091,468, which describe the use of metal-insulator-metal layer sequences as switching elements, parts of the descriptions of which may be considered to form part of this description. Other forms of non-linear switching elements are usable in this invention, for example p+-i-p+, n+-p-n+ diode structures.
Nachstehend werden mehrere Ausführungsbeispiele von Anzeigeanordnungen und ihre Abwandlungen nach der Erfindung beschrieben. In jedem dieser Ausführungsbeispiele sind die auf einer der Trägerplatten angebrachten Bildelementelektroden für Fehlertoleranzzwecke je einer Anzahl getrennt arbeitender Schaltelemente zugeordnet, die zwischen diesen Bildelementelektroden und der zugeordneten Adreßleitung auf der Trägerplatte angebracht sind und dem von den Bildelementelektroden belegten Gebiet unterliegen. Weiter wird jede Bildelementelektrode in eine Anzahl diskreter Unterelektroden verteilt, die mit je wenigstens einem jeweiligen Element der Anzahl von Schaltelementen verbunden werden, die diesem Bildelement zugeordnet sind, so daß an diese Unterelektroden gelegte Spannungen durch die jeweiligen Schaltelemente gesteuert werden. Obgleich die erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeigeanordnung in der Reflexionsbetriebsart betreibbar ist, sind alle folgende Ausführungsbeispiele zum Arbeiten in der Transmissionsbetriebsart ausgelegt. Im Hinblick darauf werden die Adreßleitungen auf der vorgenannten Trägerplatte im wesentlichen transparent ausgebildet, um den Durchgang des Lichts durch die Bildelemente nicht wesentlich zu hindern. Da sie im Hinblick auf ihre Abmessung physikalisch in bezug auf die Bildelementabmessung nicht wesentlich wichtig sind, sind auch die Schaltelemente im wesentlichen transparent und enthalten in diesen speziellen Ausführungen Diodenstrukturen, die als MIM- Dünnfilmstrukturen arbeiten, wobei der Poole-Frenkel-Effekt ausgenutzt wird. Als Beispiele typischer Abmessungen können die Bildelemente etwa 300 um² betragen, und wenn jedes Bildelement, sagen wir, neun jeweils einem einzigen Schaltelement zugeordnete Unterelektroden enthält, kann jede Unterelektrode etwa 100 zu 100 um² und jedes Schaltelement etwa 5 bis 10 um² betragen.Several embodiments of display arrangements and their modifications according to the invention are described below. In each of these embodiments, the display elements mounted on one of the carrier plates Picture element electrodes are each associated with a number of separately operating switching elements for fault tolerance purposes, which are arranged between these picture element electrodes and the associated address line on the carrier plate and are subject to the area occupied by the picture element electrodes. Furthermore, each picture element electrode is divided into a number of discrete sub-electrodes, which are each connected to at least one respective element of the number of switching elements associated with this picture element, so that voltages applied to these sub-electrodes are controlled by the respective switching elements. Although the liquid crystal display device according to the invention can be operated in the reflection mode, all of the following embodiments are designed to operate in the transmission mode. In view of this, the address lines on the aforementioned carrier plate are designed to be substantially transparent in order not to significantly impede the passage of light through the picture elements. Since their dimensions are not physically significant relative to the pixel dimensions, the switching elements are also substantially transparent and in these particular embodiments comprise diode structures operating as MIM thin film structures utilizing the Poole-Frenkel effect. As examples of typical dimensions, the pixels may be about 300 µm² and if each pixel contains, say, nine sub-electrodes each associated with a single switching element, each sub-electrode may be about 100 by 100 µm² and each switching element about 5 to 10 µm².
Der Einfachheit halber sind dieselben Bezugsziffern zum Bezeichnen entsprechender Teile der verschiedenen Ausführungsbeispiele benutzt.For simplicity, the same reference numerals are used to designate corresponding parts of the various embodiments.
In Fig. 2 ist schematisch ein Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen aktiven Matrix-Anzeigeanordnung dargestellt. Die Anordnung enthält zwei im Abstand voneinander liegende transparente Trägerplatten 20 und 22, deren einander zugewandte Flächen wenigstens isolierend sind und zwischen denen Flüssigkristallmaterial 24 angebracht ist. Die Platten können aus jedem geeigneten Werkstoff hergestellt sein, beispielsweise aus Glas.Fig. 2 shows a schematic cross section through a first embodiment of an active matrix display arrangement according to the invention. The arrangement contains two transparent carrier plates 20 and 22 which are spaced apart from one another and whose surfaces facing one another are at least insulating and between which liquid crystal material 24 is arranged. The plates can be made of any suitable material, for example glass.
Die obere Trägerplatte 20 trägt die Gruppe von Spaltenleitern 14, von denen einer in Fig. 2 sichtbar und aus transparentem Leitmaterial, wie zum Beispiel aus Indiumzinnoxid (ITO) hergestellt ist. Die Leiter 14 und zwischeniiegende Gebiete der Plattenfläche werden durch eine isolierende Orientierungsschicht 25 aus Polyimid bedeckt.The upper support plate 20 carries the group of column conductors 14, one of which is visible in Fig. 2 and is made of transparent conductive material such as indium tin oxide (ITO). The conductors 14 and intermediate areas of the plate surface are covered by an insulating alignment layer 25 of polyimide.
Die untere Trägerplatte 22 trägt die Gruppe von Zeilenleitern 12, von denen zwei in Fig. 2 dargestellt sind, die wiederum aus transparentem Leitmaterial wie z.B. ITO gebildet sind. Die beiden Leitergruppen 12 und 14 erstrecken sich wie bereits erwähnt im wesentlichen senkrecht aufeinander und bestimmen an ihren Schnittpunkten die Stellen der Matrix von Bildelementen, die hier mit 10 bezeichnet sind. Die dargestellten Leiter 12 und 14 werden je als ebenflächige Streifen mit im wesentlichen konstanter Breite geformt, und erzeugen dabei im wesentlichen rechteckige Bildelemente. Auf andere Weise brauchen die Leiter 12 und 14 nicht als unitäre Streifen gebildet zu werden, sondern sie können diskrete Felder aus leitendem Material in den Bildelementgebieten enthalten, die durch getrennt geformte Leitspuren miteinander verbunden sind.The lower support plate 22 carries the group of row conductors 12, two of which are shown in Fig. 2, which in turn are formed from transparent conductive material such as ITO. The two groups of conductors 12 and 14, as already mentioned, extend essentially perpendicular to one another and determine at their intersections the locations of the matrix of picture elements, which are designated here by 10. The conductors 12 and 14 shown are each formed as planar strips of essentially constant width, thereby producing essentially rectangular picture elements. Alternatively, the conductors 12 and 14 need not be formed as unitary strips, but can contain discrete fields of conductive material in the picture element areas, which are connected to one another by separately formed conductive tracks.
Auf die Leiter 12 und die zwischenliegenden Oberfiächengebiete der Platte 22 ist eine Isolierschicht 27 angebracht, die entweder als einzige Schicht oder als eine Vielzahl getrennter Schichten aus Siliziumnitrid abgelagert ist bzw. sind, obgleich Siliziumdioxid stattdessen verwendbar ist. Teile dieser Siliziumnitridschicht 27 in den Gebieten, in denen die Leiter 12 und 14 sich schneiden und gebietsweise im wesentlichen mit den einzelnen Bildelementgebieten entsprechend, die durch das Überlappungsgebiet zwischen den Leitern 12 und 14 bei ihren Schnittstellen bestimmt werden, werden mit Grübchen 30 durch selektives photolithographisches Ätzen durch eine Maske hindurch gebildet. Jeder derartige Teil der Schicht 27 umfaßt eine Matrix in regelmäßigen Abständen voneinander liegender Grübchen, d.h. eine 4-zu-4-Matrix in dem Beispiel nach Fig. 2, obgleich nur vier derartiger Grübchen im dargestellten Querschnitt sichtbar sind, die einem Gebiet im wesentlichen dem Bildelementgebiet entsprechend auf den Leitern 12 entspricht und in bezug auf diesem Gebiet im wesentlichen einheitlich im Abstand voneinander liegen.An insulating layer 27 is applied to the conductors 12 and the intermediate surface areas of the plate 22, which is deposited either as a single layer or as a plurality of separate layers of silicon nitride, although silicon dioxide may be used instead. Portions of this silicon nitride layer 27 in the areas where the conductors 12 and 14 intersect and in areas substantially corresponding to the individual pixel areas defined by the area of overlap between the conductors 12 and 14 at their interfaces are formed with pits 30 by selective photolithographic etching through a mask. Each such portion of layer 27 comprises a matrix of regularly spaced pits, i.e. a 4-by-4 matrix in the example of Figure 2, although only four such pits are visible in the cross-section shown, corresponding to an area substantially corresponding to the pixel area on conductors 12 and substantially uniformly spaced from one another with respect to that area.
Nach dem Ätzen dieser Grübchen 30 wird ein dünner Film, etwa 150 Angström, aus nichtstöchiometrischem Siliziumnitrid auf die Struktur abgelagert, wodurch ein dünner lsolatorfilm auf der Oberfiäche von Leitern 12 bei 32 auf dem Boden jedes Grübchen gebildet wird.After etching these pits 30, a thin film, about 150 angstroms, of non-stoichiometric silicon nitride is deposited on the structure, thereby forming a thin insulating film on the surface of conductors 12 at 32 on the bottom of each pit.
Diskrete Punkte 34 aus transparentem leitendem Material, wie z.B. ITO, werden auf der Schicht 27 abgelagert und erstrecken sich in jeweils eines dieser Grübchen, entweder durch Ablagerung über eine Maske oder durch selektives Ätzen einer durchgehenden Schicht, die auf der Schicht 27 abgelagert ist. Jeder Punkt 34 hat die Form einer Rechteck- oder Kreisschicht, die sich über sein jeweiliges Grübchen 30 und seitlich über die direkt benachbarte Oberfläche der Schicht 27 um das Grübchen herum erstreckt, wie in Fig. 2 dargestellt. Also enthält jedes Bildelement 10 eine regelmäßige 4-zu-4-Matrix von Punkten 34 (insgesamt sechzehn), die, in Fig. 2 von oben gesehen und wie in Fig. 3 dargestellt, einen Hauptteil des Gebiets des Bildelements belegen und in diesem Gebiet im Abstand voneinander einheitlich angebracht sind. Diese Punkte 34 bilden die der Trägerplatte 22 zugeordneten Bildelementelektroden, die je tatsächlich in sechzehn einzeln erregbare Unterelektroden 34 verteilt werden, die eine entsprechende Anzahl von Bildunterelementen CLC bestimmen, die kollektiv die Bildelementelektrode auf der Trägerplatte 22 darstellen.Discrete dots 34 of transparent conductive material, such as ITO, are deposited on the layer 27 and extend into each of these pits, either by deposition over a mask or by selective etching a continuous layer deposited on the layer 27. Each dot 34 has the form of a rectangular or circular layer extending over its respective dimple 30 and laterally over the immediately adjacent surface of the layer 27 around the dimple, as shown in Fig. 2. Thus, each pixel 10 comprises a regular 4-by-4 matrix of dots 34 (sixteen in total) which, viewed from above in Fig. 2 and as shown in Fig. 3, occupy a major part of the area of the pixel and are uniformly spaced from one another in that area. These dots 34 form the pixel electrodes associated with the carrier plate 22, each of which is actually distributed into sixteen individually energizable sub-electrodes 34 defining a corresponding number of pixel sub-elements CLC which collectively constitute the pixel electrode on the carrier plate 22.
Jede 4-zu-4-Matrix von Unterelektroden zusammen mit dem überliegenden Teil eines Leiters 14, der als Elektrode mit Abstand dient, und das zwischenliegende Flüssigkristallmaterial bilden ein Bildelement.Each 4-by-4 matrix of sub-electrodes together with the overlying portion of a conductor 14 serving as a spaced electrode and the intermediate liquid crystal material form a picture element.
Die dünne Schicht aus Siliziumnitrid 32 auf dem Boden jedes Grübchens 30 zusammen mit den jeweiligen direkt benachbarten Oberfiächenteilen der Leiter 12 und der Punkte 34 bilden eine nicht lineare Zweipoldiodenstruktur, die zwischen dem Leiter 12 und der vom Punkt 34 bestimmten zugeordneten Bildelementunterelektrode elektrisch in Reihe geschaltet ist. Die sechzehn Unterelektroden jedes Bildelements sind daher mit demselben Leiter 12 über eine jeweilige Diodenstruktur verbunden.The thin layer of silicon nitride 32 on the bottom of each pit 30 together with the respective directly adjacent surface portions of the conductors 12 and the points 34 form a non-linear two-terminal diode structure electrically connected in series between the conductor 12 and the associated pixel sub-electrode determined by the point 34. The sixteen sub-electrodes of each pixel are therefore connected to the same conductor 12 via a respective diode structure.
Eine weitere Polyimid-Orientierungsschicht 35 ist auf der Schicht 27 und den Punkten 34 abgelagert.Another polyimide alignment layer 35 is deposited on the layer 27 and the dots 34.
Die wirksame elektrische Schaltungskonflguration eines typischen Bildelements und der zugeordneten Schaltelemente der Anzeigeanordnung nach Fig. 2 ist in Fig. 4 veranschaulicht. Der Einfachheit halber sind nur drei der sechzehn Unterelektroden und der zugeordneten Diodenstrukturen dargestellt, und möglicherweise auftretende Streukapazitäten sind vernachlässigt.The effective electrical circuit configuration of a typical picture element and associated switching elements of the display arrangement of Fig. 2 is illustrated in Fig. 4. For simplicity, only three of the sixteen sub-electrodes and associated diode structures are shown, and any stray capacitances that may occur are neglected.
Die MIM-Diodenstrukturen sind nicht lineare Zweipol- Zweirichtungsvorrichtungen und hier bei 38 der Einfachheit halber durch gegensinnig gepolte Dioden dargestellt. Das Anlegen einer geeigneten Spannung mit dem Abtastsignal und dem Datensignal an die Elektroden 12 bzw. 14, die die Schwellenspannung der Diodenstrukturen zum Zeilenleiter 12 überschreitet, bewirkt das Umschalten der Diodenstrukturen 38 und ihren leitenden Zustand unter dem Poole- Frenkel-Effekt, so daß die Spannung auf die Punkt-Unterelektroden 34 übertragen wird. Diese Spannung in Zusammenarbeit mit einem weiteren Spannungssignal (das Datensignal), die dem betreffenden Leiter 14 gleichzeitig zugeführt werden, erzeugt in jedem der Bildunterelemente, die durch die Unterelektroden 34 bestimmt werden, den erforderlichen elektrooptischen Effekt. Unterhalb dieser Schwellenspannung sind die Diodenstrukturen 38 nicht leitend. Da die Diodenstrukturen bidirektionell und im wesentlichen symmetrische Vorrichtungen sind, kann die Polarttät der angelegten Spannungen in auffolgenden Feldern umgekehrt werden, um eine Gleichspannungskomponente zu vermeiden, die auf das Flüssigkristallmaterial einwirkt und die daraus entstehende elektrochemische Herabsetzung des Materials verursacht.The MIM diode structures are non-linear two-terminal bidirectional devices and are shown here at 38 for simplicity by oppositely poled diodes. Applying a suitable voltage with the scanning signal and the data signal to the electrodes 12 and 14, respectively, which exceeds the threshold voltage of the diode structures to the row conductor 12 causes the switching of the diode structures 38 and their conducting state under the pooling Frenkel effect so that the voltage is transferred to the dot sub-electrodes 34. This voltage, in cooperation with another voltage signal (the data signal) simultaneously applied to the respective conductor 14, produces the required electro-optical effect in each of the image sub-elements defined by the sub-electrodes 34. Below this threshold voltage, the diode structures 38 are non-conductive. Since the diode structures are bidirectional and substantially symmetrical devices, the polarity of the applied voltages can be reversed in subsequent fields to avoid a DC component acting on the liquid crystal material and causing the resulting electrochemical degradation of the material.
Eine derartige Vorrichtung ist verhältnismäßig einfach und preisgünstig in der Herstellung. Außerdem kann das Bildelement bei Versagen eines oder sogar mehrerer Bildunterelemente durch Defekte in den zugeordneten Diodenstrukturen zum Erzeugen eines annehmbaren Anzeigeeffekts noch auf geeignete Weise arbeiten. Da alle Bauteilschichten im wesentlichen transparent sind, wird der Lichtdurchgang durch die Anordnung in der Transmissionsbetriebsart durch die Anzahl der Schaltelemente unterhalb der Bildelementelektroden nicht wesentlich gehindert. Die Abmessungen der Diodenstrukturen 38 nach Fig. 2 wurden vorsätzlich übertrieben dargestellt und in der Wirklichkeit ist das von ihnen belegte Gebiet in bezug auf das Bildelementgebiet klein. Daher braucht ihr Einfluß auf die Lichtübertragung nicht besonders groß zu sein, sogar wenn die Diodenstrukturen 38 nicht transparent sind.Such a device is relatively simple and inexpensive to manufacture. Furthermore, if one or even several sub-elements of the picture element fail due to defects in the associated diode structures, the picture element can still function adequately to produce an acceptable display effect. Since all of the component layers are substantially transparent, the passage of light through the arrangement in the transmission mode is not significantly hindered by the number of switching elements below the picture element electrodes. The dimensions of the diode structures 38 in Fig. 2 have been deliberately exaggerated and in reality the area occupied by them is small in relation to the picture element area. Therefore, their influence on the light transmission need not be particularly great even if the diode structures 38 are not transparent.
In Fig. 5 ist eine schematische Form eines Querschnitts durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen aktiven Matrix-Flüssigkristall- Anzeigeanordnung dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel hat mit dem vorangehenden Ausführungsbeispiel vieles gemeinsam. Daher werden entsprechende Bauteile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet und werden sie hier nicht mit allen Einzelheiten beschrieben.Fig. 5 shows a schematic form of a cross section through a second embodiment of an active matrix liquid crystal display device according to the invention. This embodiment has much in common with the previous embodiment. Therefore, corresponding components are designated by the same reference numerals and will not be described in detail here.
Ein wichtiger Unterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 und dem der Fig. 2 ist, daß die MIM-Diodenstrukturen auf eine andere Weise geformt sind, und ihre Pole im Abstand von den Adreßleitern 12 nicht direkt mit den Bildelementunterelektroden verbunden sind, sondern stattdessen mit diesen Unterelektroden kapazitiv gekoppelt sind.An important difference between the embodiment of Fig. 5 and that of Fig. 2 is that the MIM diode structures are shaped in a different way and their poles spaced from the address conductors 12 are not directly connected to the pixel sub-electrodes, but instead are capacitively coupled to these sub-electrodes.
Eine dünne Schicht 40 aus nicht-stöchiometrischem Siliziumnitrid ist mit einer Dicke von etwa 0,05 um (500 Ängström) auf den Leitern 12 und auf dem zwischenliegenden Oberflächengebiet der Trägerplatte 22 abgelagert. Siliziumoxid kann statt des Siliziumnitrids verwendet werden. Auf der Oberfläche dieser Schicht 40 ist eine weitere dickere Schicht 41 aus Isoliermaterial angebracht, wie z.B. Siliziumnitrid oder Polyimid, in die direkt auf der dünnen Schicht 40 aufliegende ITO-Körner 43 eingebettet sind. Diese Körner 43, die im allgemeinen sphärisch oder im wesentlichen dieselbe Abmessung haben, etwa 1 um in Durchmesser, sind mit einer Zufallsverteilung in der Schicht 41 mit einer Dichte verteilt, die gewährleistet, daß eine geeignete Körnerzahl, beispielsweise etwa 15 bis 100, auf der Oberfläche der Schicht 40 auf den Leitern 12 an jeder Bildelementstelle ausgestreut ist.A thin layer 40 of non-stoichiometric silicon nitride is coated with a thickness of about 0.05 µm (500 Angstroms) on the conductors 12 and on the intermediate surface area of the support plate 22. Silicon oxide may be used instead of silicon nitride. On the surface of this layer 40 is provided another thicker layer 41 of insulating material, such as silicon nitride or polyimide, in which are embedded ITO grains 43 lying directly on the thin layer 40. These grains 43, which are generally spherical or of substantially the same dimension, about 1 µm in diameter, are randomly distributed in the layer 41 at a density which ensures that an appropriate number of grains, for example about 15 to 100, are scattered on the surface of the layer 40 on the conductors 12 at each pixel location.
Die Körner 43 können auf die Schicht 40 als eine alkoholhaltige Lösung verteilt werden. Nach dem Verdampfen des Alkohols wird die Schicht 41 unter Verwendung von Siliziumnitrid abgelagert, um die Körner getrennt von dem Bereich indem sie die dünne Siliziumnitridschicht 40 kontaktieren zu bedecken und zu umgeben. In einem anderen Verfahren, in dem die Schicht 41 Polyimid enthält, können die Körner 43 mit Polyimid gründlich gemißt werden, und die Mischung kann darauf über die Oberfläche der Schicht 40 ausgespritzt werden, wobei die Körner sich auf der dünnen Schicht 40 absetzen und die Schicht 40 kontaktieren können. Diese beiden Ablagerungstechniken bieten den Vorteil, daß sie den Bedarf an einem photolithographischen Verfahren vermeiden und verhältnismäßig einfach und wirtschaftlich durchführbar sind.The grains 43 may be dispensed onto the layer 40 as an alcohol-containing solution. After evaporation of the alcohol, the layer 41 is deposited using silicon nitride to cover and surround the grains separate from the area where they contact the thin silicon nitride layer 40. In another method, where the layer 41 contains polyimide, the grains 43 may be thoroughly mixed with polyimide and the mixture then sprayed over the surface of the layer 40, allowing the grains to settle on the thin layer 40 and contact the layer 40. Both of these deposition techniques offer the advantage of avoiding the need for a photolithographic process and are relatively simple and economical to perform.
Während die Verteilung der Körner 43 in der Schicht 41 mehr oder weniger auf Zufallsbasis durchgeführt wird, ergibt die im Material der Schicht 41 benutzte proportionale Körnermenge eine ausreichende Anzähl von Körnern an jeder Bildelementstelle für den erwünschten Zweck, wie weiter unten erläutert wird. Im Beispiel nach Fig. 5 sieht die entstandene Verteilung der Körner 43 derart aus, daß mehrere Körner, in diesem besonderen Fall fünf oder sechs, über die Breite jedes kompletten Leiters 12 erhalten werden, die im wesentlichen einheitlich im Abstand voneinander liegen. Selbstverständlich sind die Körner nicht notwendigerweise so genau zueinander ausgerichtet, wie in dieser schematischen Darstellung gezeigt. Die Körner werden über die Längen der Leiter 12 und daher entlang der anderen Abmessung des Bildelements gleichmäßig verteilt. Wenn es sich um ein Gebiet der Leiter 12 entsprechend eines typischen Bildelementgebiets handelt, geht es dabei um ca. fünfundzwanzig Körner 43 in einem planaren zweidimensionalen Feld. Da der Zwischenabstand zwischen den Körnern nicht genau bestimmbar ist, wird ihre Verteilung im allgemeinen derart sein, daß in jedem dieser Gebiete das entstehende Feld einen Hauptteil des Gebiets belegt.While the distribution of grains 43 in layer 41 is more or less random, the proportional amount of grains used in the material of layer 41 provides a sufficient number of grains at each pixel location for the desired purpose, as will be explained below. In the example of Fig. 5, the resulting distribution of grains 43 is such that a plurality of grains, in this particular case five or six, are obtained across the width of each complete conductor 12, substantially uniformly spaced from one another. Of course, the grains are not necessarily aligned as precisely as shown in this schematic. The grains are evenly distributed along the lengths of the conductors 12, and therefore along the other dimension of the pixel. When dealing with an area of the conductors 12 corresponding to a typical pixel area, this is about twenty-five grains 43 in a planar two-dimensional field. Since the distance between the grains cannot be determined exactly, their distribution will generally be such that in each of these regions the resulting field occupies a major part of the region.
Jeder der Körner 43, die einen Leiter 12 überliegen, bilden im Zusammenhang mit einem Teil der dünnen Siliziumnitridschicht 40 und einem Oberflächenteil der Elektrode 12 direkt unterhalb der Schicht eine MIM-Diodenstruktur.Each of the grains 43 overlying a conductor 12 forms, in conjunction with a portion of the thin silicon nitride layer 40 and a surface portion of the electrode 12 directly beneath the layer, an MIM diode structure.
Die Schicht 41 hat eine Dicke, die größer ist als die Abmessung der Korner 43, so daß die oberste Fläche der Körner im Abstand von der Oberfläche der Schicht 41 liegt. Auf der Oberfläche dieser Schicht 41 werden diskrete Elektrodenschichten 45 beispielsweise aus ITO abgelagert, die Bildelementunterelektroden bilden. Jedem Bildelement sind zum Beispiel vier derartiger Unterelektroden zugeordnet, die in einem planaren 2-zu-2-Matrixfeld angeordnet sind, obgleich die wirkliche Anzahl der Unterelektroden 45 für jedes Bildelement nach Bearf abgeändert werden kann. Die vier Unterelektroden, die gleiche Abmessungen haben und rechteckförmig oder kreisförmig sein können, bilden kollektiv die Bildelementelektrode auf der Trägerplatte 22 und sie bestimmen mit je einem entsprechenden überliegenden Teil der Elektrode 14 und dem zwischenliegenden Flüssigkristallmaterial ein Bildunterelement. Jede Unterelektrode 45 überliegt eine Anzahl von, typisch zwischen vier bis neun, Diodenstrukturen, die zur Steuerung der Zuführung von Spannungen dienen. Die Unterelektroden 45 liegen sind von ihren zugeordneten Diodenstrukturen durch Siliziumnitridmaterial der Schicht 41 getrennt, so daß elektrisches Koppeln zwischen den Diodenstrukturen und den Unterelektroden kapazitiv erfolgt.The layer 41 has a thickness greater than the dimension of the grains 43 so that the uppermost surface of the grains is spaced from the surface of the layer 41. On the surface of this layer 41 are deposited discrete electrode layers 45, for example of ITO, which form picture element sub-electrodes. Each picture element is associated with, for example, four such sub-electrodes arranged in a planar 2-by-2 matrix array, although the actual number of sub-electrodes 45 for each picture element can be varied as required. The four sub-electrodes, which have the same dimensions and may be rectangular or circular, collectively form the picture element electrode on the carrier plate 22 and each defines, with a corresponding overlying portion of the electrode 14 and the intermediate liquid crystal material, a picture sub-element. Each sub-electrode 45 overlies a number of, typically between four and nine, diode structures which serve to control the supply of voltages. The sub-electrodes 45 are separated from their associated diode structures by silicon nitride material of layer 41 so that electrical coupling between the diode structures and the sub-electrodes is capacitive.
Die Unterelektroden 45 und die zwischenliegenden Oberflächenbereiche der Schicht 41 werden durch eine Polyimid-Orientierungsschicht 35 bedeckt.The sub-electrodes 45 and the intermediate surface areas of the layer 41 are covered by a polyimide alignment layer 35.
Die wirksame elektrische Schaltungskonfiguration eines typischen Bildelements der Bildelemente dieses Ausführungsbeispiels ist in Fig. 7 dargestellt. In dieser Figur werden die MIM-Diodenstrukturen durch gegensinnig gepolte Dioden 47 und die kapazitive Kopplung zwischen den Diodenstrukturen 47 und den Unterelektroden 45 durch die Kondensatoren 48 dargestellt.The effective electrical circuit configuration of a typical pixel of the pixels of this embodiment is shown in Fig. 7. In this figure, the MIM diode structures are represented by oppositely polarized diodes 47 and the capacitive coupling between the diode structures 47 and the sub-electrodes 45 by the capacitors 48.
Es sei bemerkt, daß wie das vorangehende Ausführungsbeispiel dieses Ausführungsbeispiel eine hohes Maß an Fehlertoleranz bietet. Da jedes Bildelement 10 mit einer Vielzahl von Diodenstrukturschaltelementen verknüpft ist, und jede individuelle Unterelektrode 45 selbst mit einer Anzahl von Diodenstrukturen verknüpft ist, können Fehler in einer Anzahl der Schaltelemente ohne starke Beeinträchtigung des Betriebs des Bildelemente toleriert werden. Wie bei dem vorangehenden Ausführungsbeispiel wird der Lichtdurchgang nicht wesentlich beeintrachtigt, wenn die Anordnung in der Transmissionsbetriebsart durch derart große Anzahle von Schaltelementen unterhalb den Bildelementelektroden betrieben wird, da im wesentlichen transparente Werkstoffe zur Bildung dieser Schaltelemente verwendet werden. Wie oben können die Schaltelemente im Zusammenhang mit den Bildelementen klein genug gebildet werden, so daß sie wenig Auswirkung auf die Übertragung von Licht ausüben, sogar wenn sie nicht wesentlich transparent sind.It should be noted that, like the previous embodiment, this embodiment offers a high degree of fault tolerance. Since each pixel 10 is associated with a plurality of diode structure switching elements, and each Since the individual sub-electrode 45 is itself associated with a number of diode structures, defects in a number of the switching elements can be tolerated without greatly affecting the operation of the pixels. As with the previous embodiment, the passage of light is not significantly affected when the device is operated in the transmission mode through such large numbers of switching elements below the pixel electrodes, since substantially transparent materials are used to form these switching elements. As above, the switching elements associated with the pixels can be formed small enough that they have little effect on the transmission of light, even if they are not substantially transparent.
Dieses Ausführungsbeispiel bietet die weiterem Vorteile gegenüber vor dem vorangehenden Beispiel, däß Änderungen in der an die Elektroden der Bildelemente gelegten Spannung durch Schwellenänderungen in den einzelnen Diodenstrukturen unter Verwendung kapazitiver Teilung durch die Anzahl jeder Unterelektrode 45 zugeordneter Kondensatoren 48 reduziert werden. Der Kapazitätswert der Kondensatoren 48, die durch die Abmessung der Körner 43 bestimmt wird, ist in bezug auf die Kapazität der Bildunterelemente klein, was durch die Abmessung der Unterelektroden 45 bestimmt wird. Daher entsteht ein verhältnismäßig großer Spannungsabfall über jeden Kondensator 48. Wenn dafür beispielsweise die wirksame Kapazität der Anzahl parallel miteinander verbundener und mit einem Bildunterelement verknüpfter Kondensatoren 48 ein Zehntel des Kapazitätswerts des Bildunterelements ist, verursacht eine 1-Volt-Änderung über die Diodenstrukturen 47, die mit diesem Unterelement verknüpft sind, über das Unterelement eine Schwankung von nur 100 mV.This embodiment offers the further advantages over the previous example that changes in the voltage applied to the electrodes of the picture elements are reduced by threshold changes in the individual diode structures using capacitive division by the number of capacitors 48 associated with each sub-electrode 45. The capacitance value of the capacitors 48, which is determined by the size of the grains 43, is small in relation to the capacitance of the picture sub-elements, which is determined by the size of the sub-electrodes 45. Therefore, a relatively large voltage drop occurs across each capacitor 48. For example, if the effective capacitance of the number of capacitors 48 connected in parallel and associated with a picture sub-element is one tenth of the capacitance value of the picture sub-element, a 1 volt change across the diode structures 47 associated with that sub-element causes a variation of only 100 mV across the sub-element.
Betrieb der Anzeigeanordnung ist sonst allgemein gleich dem nach der Beschreibung in bezug auf das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2. Es ist erforderlich, die Polarität der angelegten Antriebsspannungen nach jedem Feld umzukehren, um die Bildelemente rückzustellen, weil sonst in jedem Bildelement Ladung fixiert wird. Derartige Polaritätsumkehr dient auch zur Verhinderung elektrochemischer Herabsetzung des Flüssigkristallmaterials, wie nach obiger Beschreibung.Operation of the display device is otherwise generally the same as that described with respect to the embodiment of Fig. 2. It is necessary to reverse the polarity of the applied drive voltages after each field in order to reset the pixels, otherwise charge will be fixed in each pixel. Such polarity reversal also serves to prevent electrochemical degradation of the liquid crystal material, as described above.
In Fig. 6 ist schematisch ein Querschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anzeigeanordnung dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt große Ähnlichkeit mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 und kann als eine Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels betrachtet werden. Auch hier wieder werden derFig. 6 shows a schematic cross section through a third embodiment of a display arrangement according to the invention. This embodiment is very similar to the embodiment according to Fig. 5 and can be considered a modification of this embodiment. here again the
Einfachheit halber entsprechende Teile der Anordnung mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.For the sake of simplicity, corresponding parts of the arrangement are designated by the same reference numerals.
In diesem Ausführungsbeispiel werden die Körner 43 durch diskrete Punkte 50 aus leitendem Material, wie z.B. ITO, ersetzt. Die Punkte werden vor der Ablagerung der dickeren Siliziumnitridschicht 41 durch Verdampfung über eine Maske auf die dünne Siliziumnitridschicht 40 abgelagert, so daß die Abmessung und der Zwischenraum der Punkte weitgehend geregelt wird, so daß sie einen regelmäßigen Abstand im Zusammenhang mit den wirklichen Bildelementen haben und ihre Mittelpunkte im wesentlichen mit denen der wirklichen Bildelemente identisch sind. Die benutzte Maske beim Ablagern der Punkte 50 kann eine Lochmaske sein. Die auf diese Weise gebildeten Punkte 50 sind im wesentlichen einheitlich über die Oberfläche der Schicht 40 verteilt. Die Siliziumnitridschicht 41 wird dabei auf den Punkten 50 angebracht und hat wiederum eine Dicke größer als die Höhe der Punkte 50, so daß die oberen Flächen der Punkte im Abstand von der Oberfläche der Schicht 41 liegen. Die oberen Flächen der Punkte 50 und die gegenüberliegenden Oberflächenteile der Unterelektroden 45 bilden zusammen mit dem Siliziumnitrid der Schicht 41, die sie als Elektrikum voneinander trennt, Kondensatoren, die die zugeordneten MIM- Diodenstrukturen und Unterelektroden 45 koppelt.In this embodiment, the grains 43 are replaced by discrete dots 50 of conductive material such as ITO. The dots are deposited onto the thin silicon nitride layer 40 by evaporation through a mask prior to the deposition of the thicker silicon nitride layer 41, so that the size and spacing of the dots is largely controlled so that they are regularly spaced in relation to the actual picture elements and their centers are substantially identical to those of the actual picture elements. The mask used in depositing the dots 50 can be a shadow mask. The dots 50 formed in this way are substantially uniformly distributed over the surface of the layer 40. The silicon nitride layer 41 is then applied to the dots 50 and again has a thickness greater than the height of the dots 50 so that the upper surfaces of the dots are spaced from the surface of the layer 41. The upper surfaces of the points 50 and the opposite surface parts of the sub-electrodes 45, together with the silicon nitride of the layer 41, which separates them from each other as electric, form capacitors that couple the associated MIM diode structures and sub-electrodes 45.
In diesem Ausführungsbeispiel wird jedes Bildelement mit neun Unterelektroden 45 versehen, die koliektiv die Bildelementelektrode bilden und in einem planaren 3-zu-3-Matrixfeld angeordnet sind, die ein Gebiet im wesentlichen entsprechend dem Gebiet des Bildelements belegen. Die Punkte 50 sind derart verteilt, daß jede Unterelektrode mit drei Diodenstrukturen verknüpft ist.In this embodiment, each pixel is provided with nine sub-electrodes 45 which collectively form the pixel electrode and are arranged in a planar 3-by-3 matrix array, occupying an area substantially corresponding to the area of the pixel. The dots 50 are distributed such that each sub-electrode is associated with three diode structures.
Die elektrische Schaltungskonfiguration eines typischen Elements der Bildelemente dieses Ausführungsbeispiels entspricht im allgemeinen der nach Fig. 7 mit der Ausnahme, daß es neun Bildunterelemente statt der vier dargestellten gibt, und jedes Unterelement ist mit genau drei Diodenstrukturen 47 und drei Reihenkondensatoren 48 verknüpft. Der Betrieb der Anordnung ist im allgemeinen gleich dem des vorangehenden Ausführungsbeispiels, wobei die gleichen Vorteile erhalten werden.The electrical circuit configuration of a typical element of the picture elements of this embodiment is generally the same as that of Figure 7, except that there are nine picture sub-elements instead of the four shown, and each sub-element is associated with exactly three diode structures 47 and three series capacitors 48. The operation of the arrangement is generally the same as that of the previous embodiment, with the same advantages being obtained.
In Fig. 8 und 10 sind Abwandlungen der Ausführungsbeispiele der Fig. 2 und 5 dargestellt. Wie oben bereits angegeben, werden gleiche Bauteile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. In jedem dieser Abwandlungen wurden die Anzeigeanordnungen abgewandelt, um kapazitive Kopplung zwischen den Bildelementunterelektroden und den unterliegenden Teilen ihrer zugeordneten Adreßleitungen zu minimisieren und gleichzeitig einen Speicherkondensator für jedes Bildunterelement zu bilden.Fig. 8 and 10 show modifications of the embodiments of Fig. 2 and 5. As already stated above, identical components are designated with the same reference numerals. In each of these modifications, the Display devices have been modified to minimize capacitive coupling between the picture element sub-electrodes and the underlying portions of their associated address lines while providing a storage capacitor for each picture sub-element.
Die Speicherkondensatoren sind für Kapazitätswerte ausgelegt, die viele Male größer sind als die Kapazität der Bildunterelemente.The storage capacitors are designed for capacitance values that are many times larger than the capacitance of the image sub-elements.
Zunächst in bezug auf die Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 in Fig. 8 ist ersichtlich, daß eine weitere elektrisch leitende Schicht 80 in die Vorrichtungsstruktur für jedes Bildelement aufgenommen ist. Diese Schichten 80 sind transparent und beispielsweise aus ITO aufgebaut. In bezug auf die Ergänzung der Schichten 80 enthält die Siliziumnitridschicht 27 zwei getrennt abgelagerte Schichten 81 und 82, wobei die zweite Schicht 82 über die erste Schicht 81 angebracht und dabei die Schichten 80 zwischengelegt werden, die auf der ersten Schicht vor der Ablagerung der Schicht 82 abgelagert wurden. Die Schichten 80 selbst werden durch Ablagerung einer durchgehenden ITO-Schicht auf der ersten Siliziumnitridschicht 81 und durch selektives Ätzen dieser Schacht zum Zurücklassen der erforderlichen Gruppe einzelner Schichten 80 gebildet, die sich über ein Gebiet im wesentlichen entsprechend ihrer jeweiligen Bildelemente 10 erstrecken und dabei mit den Mittelpunkten dieser Bildelemente 10 im wesentlichen identisch sind. Jede Schicht 80 und die Schichten 81 und 82 sind mit Öffnungen gebildet, durch die die Unterelektroden 34 bildenden Leitschichten sich zum Kontaktieren der Siliziumnitriddünnfilme 32 erstrecken, wobei die Schichten 80 etwas im Abstand voneinander liegen und daher elektrisch von ihren zugeordneten Unterelektrodeschichten 34 und auch von den unterliegenden Adreßleitungen 12 isoliert sind.Turning first to the modification of the embodiment of Figure 2 in Figure 8, it can be seen that a further electrically conductive layer 80 is incorporated into the device structure for each pixel. These layers 80 are transparent and are made of, for example, ITO. In terms of the complement of layers 80, silicon nitride layer 27 comprises two separately deposited layers 81 and 82, with the second layer 82 being applied over the first layer 81, sandwiching the layers 80 deposited on the first layer prior to the deposition of layer 82. The layers 80 themselves are formed by depositing a continuous layer of ITO on the first silicon nitride layer 81 and selectively etching this layer to leave the required group of individual layers 80 extending over an area substantially corresponding to their respective pixels 10 and substantially identical to the centers of these pixels 10. Each layer 80 and layers 81 and 82 are formed with openings through which the conductive layers forming sub-electrodes 34 extend for contacting the silicon nitride thin films 32, the layers 80 being slightly spaced from each other and therefore electrically isolated from their associated sub-electrode layers 34 and also from the underlying address lines 12.
Die Schichten 80 der Bildelemente 10 in jeder betreffenden Zeile sind elektrisch voneinander isoliert. Die Schichten 80 jedes Bildelements in jeder betreffenden Spalte sind über integrale Brücken, die in Fig. 8 nicht dargestellt sind, elektrisch miteinander verbunden, die nach selektivem Ätzen der durchgehenden Leitschicht übrig bleiben, wodurch die Schichten 80 gebildet werden, und jede verbundene Spalte der Schichten 80 mit in Fig. 8 nicht sichtbaren Mitteln mit ihrem zugeordneten Spaltenleiter 14 verbunden ist.The layers 80 of the picture elements 10 in each respective row are electrically isolated from each other. The layers 80 of each picture element in each respective column are electrically connected to each other by integral bridges, not shown in Fig. 8, remaining after selectively etching the continuous conductive layer to form the layers 80, and each connected column of layers 80 is connected to its associated column conductor 14 by means not visible in Fig. 8.
Die wirksame Schaltungskonfiguration für ein typisches Bildelement der Anordnung nach Fig. 8 ist in Fig. 9 schematisch veranschaulicht. Im Vergleich der Schaltung nach Fig. 9 mit der nach Fig. 4 ist ersichtlich, daß Teile der Schichten 80 im Zusammenhang mit ihren jeweiligen überliegenden Unterelektroden 34 und der zwischenliegenden Isolierschicht 80 eine Kapazität Cs parallel über jedes Bildunterelement CLC bilden. Die Kapazitäten Cs dienen auf bekannte Weise als Speicherkondensatoren im Betrieb der Anordnung.The effective circuit configuration for a typical pixel of the arrangement of Fig. 8 is illustrated schematically in Fig. 9. In comparison of the 9 with that of FIG. 4, it can be seen that portions of the layers 80 in conjunction with their respective overlying sub-electrodes 34 and the intermediate insulating layer 80 form a capacitance Cs in parallel across each image sub-element CLC. The capacitances Cs serve in a known manner as storage capacitors during operation of the device.
In Fig. 10 ist die veranschaulichte Anzeigeanordnung eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 mit Änderungen gleich denen nach der Beschreibung anhand der Fig. 8. Insbesondere werden zusätzliche transparente und elektrisch leitende Schichten zwischen den Bildelementunterelektroden 45 und dem unterliegenden Leiter 12 angeordnet. In diesem Fall jedoch ist die zusätzliche Leitschicht jedes Bildelements derart konfiguriert, daß physikalisch getrennte Teile mit der Bezugsziffer 90 definiert werden, die im allgemeinen nach der Abmessung miteinander übereinstimmen, und wird mit einer jeweiligen Bildelementunterelektrode 45 registriert werden. Jedoch sind die den Unterelektroden 45 jedes Bildelements zugeordneten Schichtteile 90 noch elektrisch miteinander verbunden, obgleich diese Verbindungen in Fig. 10 nicht sichtbar sind.In Fig. 10, the illustrated display arrangement is a variation of the embodiment of Fig. 5 with changes similar to those described with reference to Fig. 8. In particular, additional transparent and electrically conductive layers are disposed between the pixel sub-electrodes 45 and the underlying conductor 12. In this case, however, the additional conductive layer of each pixel is configured to define physically separate portions with the reference numeral 90 which generally correspond in dimension to one another and will be registered with a respective pixel sub-electrode 45. However, the layer portions 90 associated with the sub-electrodes 45 of each pixel are still electrically connected to one another, although these connections are not visible in Fig. 10.
Die Schichtteile 90 und ihre Verbindungen werden auf der Oberfläche der Siliziumnitridschicht 41 durch das selektive Ätzen einer abgelagerten durchgehende Schicht gebildet und im Abstand von den Unterelektroden 45 durch eine weitere Siliziumnitridschicht 91 angebracht, die sich durchgehend über die Schichten 41 und 90 erstreckt. Die Schichtteile 90, die im allgemeinen formgemäß ihrer zugeordneten Bildelementunterelektrode 45 entsprechen, sind von ihrer zugeordneten überliegenden Unterelektrode 45 und unterliegender Adreßleitungen 12 elektrisch isoliert. Die Schichten 90 und 91 sind mit registrierten Öffnungen versehen, durch die die Unterelektroden 45 sich erstrecken, um die obere Fläche der Schicht 41 zum kapazitiven Koppeln mit den Diodenstrukturen unter dieser Verlängerung auf eine Weise gleich der nach dem Ausführungsbeispiel in Fig. 5 zu kontaktieren. Die Verlängerungen der Unterelektroden 45 werden von den Schichtteilen 90 durch Material der Schicht 91 isoliert. Im Vergleich zu den Vorrichtungen nach Fig. 10 und 5 ist ersichtlich, daß in der Konfiguration nach Fig. 10 die Bildelementunterelektroden 45 nicht mehr ganz planar sind, aber mit ihren Umgangsteilen die Diodenstruktur umgeben und dabei weiter vom Leiter 12 entfernt sind, um die zusätzliche Leitschicht 90 und die erforderliche weitere Isolierschicht 91 anzubringen.The layer portions 90 and their connections are formed on the surface of the silicon nitride layer 41 by selectively etching a deposited continuous layer and spaced from the sub-electrodes 45 by another silicon nitride layer 91 extending continuously across layers 41 and 90. The layer portions 90, which generally correspond in shape to their associated pixel sub-electrode 45, are electrically insulated from their associated overlying sub-electrode 45 and underlying address lines 12. The layers 90 and 91 are provided with registered openings through which the sub-electrodes 45 extend to contact the upper surface of the layer 41 for capacitive coupling to the diode structures beneath this extension in a manner similar to that of the embodiment in Fig. 5. The extensions of the sub-electrodes 45 are insulated from the layer portions 90 by material of the layer 91. In comparison to the devices according to Fig. 10 and 5, it can be seen that in the configuration according to Fig. 10, the picture element sub-electrodes 45 are no longer completely planar, but surround the diode structure with their surrounding parts and are further away from the conductor 12 in order to apply the additional conductive layer 90 and the required further insulating layer 91.
Die Schichten 90 benachbarter Bildelemente in derselben Zeile sind voneinander elektrisch isoliert.The layers 90 of adjacent picture elements in the same row are electrically isolated from each other.
Wiederum sind die Bildelementen jeder betreffenden Spalte von Bildelementen zugeordneten Schichten 90 elektrisch miteinander (über spaltenweise Brücken, in Fig. 10 nicht sichtbar, die nach dem Ätzen der durchgehenden Leitschicht zurückgeblieben sind) und mit dem jeweiligen Spaltenleiter 14 verbunden.Again, the picture elements of each respective column of layers 90 assigned to picture elements are electrically connected to one another (via column-wise bridges, not visible in Fig. 10, which remain after etching the continuous conductive layer) and to the respective column conductor 14.
Die wirksame elektrische Schaltungskonfiguration eines typischen Bildelements der Anzeigeanordnung nach Fig. 10 ist in einfacher Form in Fig. 11 dargestellt. Bauteile entsprechend denen in Fig. 7 sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Wie aus dieser Figur ersichtlich ist, ist jedem Bildunterelement CLC eine Speicherkapazität CS in Parallelschaltung zugeordnet, wobei diese Speicherkapazität durch den Schichtteil 90 und den gegenüberliegenden Teil der Unterelektrode 45 mit zwischenliegendem Isoliermaterial der Schicht 91 gebildet wird.The effective electrical circuit configuration of a typical picture element of the display device according to Fig. 10 is shown in simple form in Fig. 11. Components corresponding to those in Fig. 7 are designated by the same reference numerals. As can be seen from this figure, each picture sub-element CLC is associated with a storage capacitance CS in parallel, this storage capacitance being formed by the layer part 90 and the opposite part of the sub-electrode 45 with insulating material of the layer 91 in between.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 12 hat große Ähnlichkeit mit dem nach Fig. 8 mit der Ausnahme, wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 10, daß die Bildelementunterelektroden, die hier wiederum der Einfachheit halber mit 34 bezeichnet sind, mit ihren zugeordneten Schaltelementen kapazitiv gekoppelt sind. In diesem Beispiel enthält jedes Bildelement 10 ein 2-zu-2-Feld von Bildunterelementen, die mit je einem Schaltelement kapazitiv gekoppelt sind. Bauteile der Anordnung, die im allgemeinen denen nach Fig. 8 entsprechen, sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.The embodiment of Fig. 12 is very similar to that of Fig. 8 with the exception, as in the embodiment of Fig. 10, that the pixel sub-electrodes, again designated 34 for simplicity, are capacitively coupled to their associated switching elements. In this example, each pixel 10 contains a 2-by-2 array of pixel sub-elements, each capacitively coupled to a switching element. Components of the arrangement which generally correspond to those of Fig. 8 are designated by the same reference numerals.
Wie bereits beschrieben, ist eine durchgehende Leitschicht 80 zwischen den Unterelektroden 34 jedes Bildelements und seiner unterliegenden Adreßleitung 12 angeordnet und durch die Schichten 82 bzw. 81 davon getrennt. Die Schicht 80 ist mit Öffnungen versehen, die die in der Schicht 81 gebildeten Grübchen 30 überliegen. Am Boden dieser Grübchen sind dünne Filme nicht stöchiometrischen Silikonnitrids 32 abgelagert. Statt wie zuvor die Unterelektroden 34 sich nach unten in die Grübchen 30 zum Kontaktieren der Dünnfilme 32 erstrecken, erstrecken sie sich jedoch in diesem Ausführungsbeispiel nur teilweise in die Grübchen. Bei Ablagerung auf der oberen Fläche der Dünnfilme 32 in den Grübchen 30 werden jeweilige Leitschichten 95 gleichzeitig mit den Schichten 80 und also aus demselben Material wie die Schichten 80 vor der Ablagerung der Schicht 82 gebildet. Die Schicht 82 wird sowohi über die Schichten 80 und die Schichten 95 in den Grübchen 30 angebracht, so daß bei folgender Ablagerung die die Unterelektrode 34 bildende Leitschicht sich über die Schicht 82 im Bereich der Grübchen 30 nach unten erstreckt und durch die Schicht 82 im Abstand von den Leitschichten 95 angebracht ist.As previously described, a continuous conductive layer 80 is disposed between the sub-electrodes 34 of each pixel and its underlying address line 12 and separated therefrom by layers 82 and 81, respectively. Layer 80 is provided with openings which overlie the pits 30 formed in layer 81. Thin films of non-stoichiometric silicon nitride 32 are deposited at the bottom of these pits. However, instead of the sub-electrodes 34 extending downward into the pits 30 to contact the thin films 32, as before, they extend only partially into the pits in this embodiment. When deposited on the upper surface of the thin films 32 in the pits 30, respective conductive layers 95 are formed simultaneously with the layers 80 and thus of the same material as the layers 80 before the deposition of layer 82. The layer 82 is applied both over the layers 80 and the layers 95 in the pits 30, so that in the following Deposit the conductive layer forming the lower electrode 34 extends downwards over the layer 82 in the region of the pits 30 and is applied by the layer 82 at a distance from the conductive layers 95.
Die Schichten 95 zusammen mit ihren zugeordneten unterliegenden Filmen 32 und Oberflächenteilen der Adreßleitungen 12 bilden MIM-Diodenstrukturen wie bereits beschrieben, wobei eine Diodenstruktur für jede Unterelektrode und daher jedes Bildunterelement jedes Bildelements vorgesehen ist. Diese Diodenstrukturen werden mit ihren jeweiligen Unterelektroden 34 kapazitiv gekoppelt.The layers 95 together with their associated underlying films 32 and surface portions of the address lines 12 form MIM diode structures as previously described, with one diode structure being provided for each sub-electrode and therefore each sub-pixel of each pixel. These diode structures are capacitively coupled to their respective sub-electrodes 34.
Wie bereits erwähnt, sind die Schichten 80 der Bildelemente in einer Spalte spaltenweise über Brücken, die in Fig. 12 nicht dargestellt sind, elektrisch verbunden, jedoch von den Schichten benachbarter Bildelemente in derselben Zeile elektrisch isoliert. Jede verbundene Spalte von Schichten 80 ist mit dem gegenüberliegenden Spaltenleiter 14 verbunden.As previously mentioned, the layers 80 of the pixels in a column are electrically connected column by column via bridges not shown in Fig. 12, but are electrically isolated from the layers of adjacent pixels in the same row. Each connected column of layers 80 is connected to the opposite column conductor 14.
Die wirksame elektrische Konfiguration eines typischen Bildelements ist gleich der nach Fig. 9, in der ein typisches Bildelement des Ausführungsbeispiels nach Fig. 8 mit der Ausnahme dargestellt ist, daß eine Koppelkapazität gleich der nach der Veranschaulichung bei 48 in Fig. 11 in Reihenschaltung zwischen jedem Diodenstrukturschaltelement 38 und seinem zugeordneten Bildelementunterelektrode 34 vorgesehen ist. Die Schichten 80 bilden im Zusammenhang mit den überliegenden Unterelektroden 34 und zwischenliegendem Isoliermaterial der Schicht 82 einen Speicherkondensator Cs für jedes Bildunterelement.The effective electrical configuration of a typical pixel is similar to that shown in Fig. 9, which shows a typical pixel of the embodiment of Fig. 8, except that a coupling capacitance similar to that shown at 48 in Fig. 11 is provided in series between each diode structure switching element 38 and its associated pixel sub-electrode 34. The layers 80, in conjunction with the overlying sub-electrodes 34 and intervening insulating material of the layer 82, form a storage capacitor Cs for each pixel sub-element.
In bezug auf die Ausführungsbeispiele der Fig. 8, 10 und 12 können die Leitschichten 80 und 90 mit einer Quelle festen Potentials anstelle mit dem zugeordneten Spaltenleiter 14 elektrisch verbunden werden, wobei die Polarität dieses Potentials für wechselende Felder umgekehrt wird.With respect to the embodiments of Figures 8, 10 and 12, the conductive layers 80 and 90 may be electrically connected to a source of fixed potential instead of to the associated column conductor 14, the polarity of this potential being reversed for alternating fields.
Das anhand der Fig. 7 beschriebene Ausführungsbeispiel kann auf ähnliche Weise wie das nach der Beschreibung anhand der Fig. 10 für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 geändert werden, um Speicherkondensatoren durch Aufnehmen einer transparenten Leitschicht zwischen jeder Unterelektrode 45 und dem unterliegenden Adreßleiter 12 aufzunehmen.The embodiment described with reference to Fig. 7 can be modified in a similar manner to that described with reference to Fig. 10 for the embodiment of Fig. 5 to accommodate storage capacitors by including a transparent conductive layer between each sub-electrode 45 and the underlying address conductor 12.
In allen diesen Ausführungsbeispielen mit Speicherkondensatoren dienen die weiteren vorgesehenen Leitschichten 80 und 90 zum zusätzlichen nützlichen Abschirmen der Bildelementunterelektroden 34 und 45 von ihren unterliegenden Adreßleitungen 12 und minimisieren so jede kapazitive Kopplung zwischen den Unterelektroden und den Adreßleitungen, die sonst auftreten könnte.In all of these embodiments with storage capacitors, the additional conductive layers 80 and 90 provided serve to additionally shield the picture element sub-electrodes 34 and 45 from their underlying address lines 12 and thus minimize any capacitive coupling between the sub-electrodes and the address lines that might otherwise occur.
Obgleich in Fig. 8 und 12 die jedem Bildelement zugeordnete zusätzliche Leitschicht 80 als durchgehend dargestellt ist, können sie stattdessen als physikalisch einzelne Teile für jede Unterelektrode bestimmt werden, während sie auf gleiche Weise wie nach der Beschreibung anhand der Fig. 10 noch elektrisch miteinander verbunden bleiben. Umgekehrt könnten die einzelnen bestimmten Schichtteile 90 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 10 als eine durchgehende Schicht gebildet werden, die im wesentlichen mit dem jeweiligen Bildelementgebiet koextensiv, aber noch mit Öffnungen versehen ist, durch die die Unterelektrodenschichten 45 sich nach den Schaltelementen auf eine Weise entsprechend der nach Fig. 8 und 12 erstrecken.Although in Figs. 8 and 12 the additional conductive layer 80 associated with each pixel is shown as continuous, they may instead be physically defined as separate parts for each sub-electrode while still remaining electrically connected to one another in the same manner as described with reference to Fig. 10. Conversely, the individual defined layer parts 90 of the Fig. 10 embodiment could be formed as a continuous layer that is substantially coextensive with the respective pixel region but still provided with openings through which the sub-electrode layers 45 extend to the switching elements in a manner similar to that of Figs. 8 and 12.
Alle vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele und Abwandlungen bieten den Vorteil über bekannte Anzeigeanordnungen daß der Zwischenraum zwischen den Bildelementen minimisierbar ist, da die Adreßleitungen auf einer Trägerplatte und die zugeordneten Schaltelemente unterhalb der Bildelemente angeordnet sind, dabei abweichend von den bekannten Anordnungen, in denen die Schaltelemente auf der Trägerplatte seitlich der Bildetemente angeordnet sind.All of the above-described embodiments and modifications offer the advantage over known display arrangements that the space between the image elements can be minimized, since the address lines are arranged on a carrier plate and the associated switching elements are arranged below the image elements, thereby deviating from the known arrangements in which the switching elements are arranged on the carrier plate to the side of the image elements.
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GB2203881B (en) * | 1987-04-16 | 1991-03-27 | Philips Electronic Associated | Liquid crystal display device |
US5122889A (en) * | 1988-12-22 | 1992-06-16 | Nec Corporation | Active matrix liquid crystal display using mim diodes having symmetrical voltage-current characteristics as switching elements |
US5179035A (en) * | 1989-09-15 | 1993-01-12 | U.S. Philips Corporation | Method of fabricating two-terminal non-linear devices |
GB2236424A (en) * | 1989-09-15 | 1991-04-03 | Philips Electronic Associated | Active matrix display device and their fabrication |
NL8902421A (en) * | 1989-09-29 | 1991-04-16 | Philips Nv | DISPLAY DEVICE. |
KR940005124B1 (en) * | 1989-10-04 | 1994-06-11 | 호시덴 가부시기가이샤 | Liquid crytal display device |
US5063418A (en) * | 1989-10-31 | 1991-11-05 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Optical non-linear artificial dielectrics |
JP2514731B2 (en) * | 1990-02-05 | 1996-07-10 | シャープ株式会社 | Active matrix display |
JP2630663B2 (en) * | 1990-03-09 | 1997-07-16 | セイコー電子工業株式会社 | Electro-optical device |
US5245450A (en) * | 1990-07-23 | 1993-09-14 | Hosiden Corporation | Liquid crystal display device with control capacitors for gray-scale |
JPH04122982A (en) * | 1990-09-13 | 1992-04-23 | Seiko Instr Inc | Driving method for electrooptic device |
US5126865A (en) * | 1990-12-31 | 1992-06-30 | Honeywell Inc. | Liquid crystal display with sub-pixels |
KR940004322B1 (en) * | 1991-09-05 | 1994-05-19 | 삼성전자 주식회사 | Liquid crystal display devices |
US5644415A (en) * | 1993-12-20 | 1997-07-01 | Casio Computer Co., Ltd. | Liquid crystal display device having wide field angle |
US5555001A (en) * | 1994-03-08 | 1996-09-10 | Prime View Hk Limited | Redundant scheme for LCD display with integrated data driving circuit |
JPH07261198A (en) * | 1994-03-18 | 1995-10-13 | Sharp Corp | Liquid crystal display device |
JP3565453B2 (en) * | 1994-08-23 | 2004-09-15 | キヤノン株式会社 | Image input / output device |
JP3483759B2 (en) * | 1998-03-19 | 2004-01-06 | 株式会社東芝 | Liquid crystal display |
EP1028346A3 (en) | 1999-02-12 | 2002-05-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Liquid crystal element and manufacturing method thereof |
TW511049B (en) * | 2000-11-08 | 2002-11-21 | Koninkl Philips Electronics Nv | Display device |
KR100534573B1 (en) * | 2000-11-29 | 2005-12-07 | 삼성에스디아이 주식회사 | Triodic Rectifier Switch |
KR100388272B1 (en) | 2000-12-26 | 2003-06-19 | 삼성에스디아이 주식회사 | A triodic rectifier switch device |
JP4237442B2 (en) | 2002-03-01 | 2009-03-11 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Transflective liquid crystal display device |
JP4101533B2 (en) * | 2002-03-01 | 2008-06-18 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Method for manufacturing transflective liquid crystal display device |
JP4087620B2 (en) * | 2002-03-01 | 2008-05-21 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Method for manufacturing liquid crystal display device |
JP5117667B2 (en) * | 2005-02-28 | 2013-01-16 | カシオ計算機株式会社 | Thin film transistor panel |
TWI379180B (en) * | 2008-12-26 | 2012-12-11 | Delta Electronics Inc | Method of calculating recovery commands for numerical controlled system |
GB2489939A (en) * | 2011-04-11 | 2012-10-17 | Plastic Logic Ltd | Control of capacitive coupling in pixel circuitry |
IL232197B (en) | 2014-04-23 | 2018-04-30 | Lumus Ltd | Compact head-mounted display system |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4233603A (en) * | 1978-11-16 | 1980-11-11 | General Electric Company | Multiplexed varistor-controlled liquid crystal display |
US4413883A (en) * | 1979-05-31 | 1983-11-08 | Northern Telecom Limited | Displays controlled by MIM switches of small capacitance |
US4223308A (en) * | 1979-07-25 | 1980-09-16 | Northern Telecom Limited | LCDs (Liquid crystal displays) controlled by thin film diode switches |
NL8103376A (en) * | 1981-07-16 | 1983-02-16 | Philips Nv | DISPLAY DEVICE. |
GB2149176B (en) * | 1983-10-26 | 1988-07-13 | Stc Plc | Addressing liquid crystal displays |
GB2149555B (en) * | 1983-11-10 | 1987-01-28 | Standard Telephones Cables Ltd | Improvements in liquid crystal displays |
JPS6194086A (en) * | 1984-10-16 | 1986-05-12 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | Liquid crystal display unit |
EP0184341B1 (en) * | 1984-11-12 | 1994-01-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Liquid crystal display panel and manufacturing method thereof |
US4728175A (en) * | 1986-10-09 | 1988-03-01 | Ovonic Imaging Systems, Inc. | Liquid crystal display having pixels with auxiliary capacitance |
GB2203881B (en) * | 1987-04-16 | 1991-03-27 | Philips Electronic Associated | Liquid crystal display device |
GB2215506A (en) * | 1988-02-24 | 1989-09-20 | Philips Electronic Associated | Matrix display devices |
-
1987
- 1987-04-16 GB GB8709186A patent/GB2203881B/en not_active Expired - Lifetime
-
1988
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Publication number | Publication date |
---|---|
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GB8709186D0 (en) | 1987-05-20 |
JP2648607B2 (en) | 1997-09-03 |
JPS63273836A (en) | 1988-11-10 |
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